JP3470463B2

JP3470463B2 - 透水性セラミックブロック

Info

Publication number: JP3470463B2
Application number: JP18558795A
Authority: JP
Inventors: 章博徳田; 光伸大谷
Original assignee: Toray Industries Inc
Current assignee: Toray Industries Inc
Priority date: 1995-07-21
Filing date: 1995-07-21
Publication date: 2003-11-25
Anticipated expiration: 2015-07-21
Also published as: JPH0930871A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明は、道路構造物、たと
えば、車道、歩道、公園その他の広場、駐車場、各種建
造物（ビルなど）の外構の舗装に適した透水性セラミッ
クブロックに関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、雨水を地中に還元することによっ
て下水道や都市河川に流入する雨水を低減し、下水処理
場の負担を軽減したり、河川の氾濫を防止したりするこ
とが重要な課題となっている。また、雨水を地中に還元
することによって地下水の枯渇を防ぎ、地盤沈下を防止
したり、都市部における植裁を促進したりすることも重
要なことである。さらに、降雨時の跳ね返りが少なく、
水たまりのできにくい、歩行感に優れた歩道も要求され
ている。透水性ブロックは、このような要求を満たすの
に好適な材料として注目されている。

【０００３】さて、そのような透水性ブロックとして
は、たとえば、骨材をセメントで結合させ、ある程度の
空隙を有するブロック、いわゆる透水性ＩＬＢがあり、
各社より商品化されている。しかしながらセメントの結
合力には限界があり、透水性を高める代わりに強度が低
くなったり、逆に強度の低下を防ぐため、セメントバイ
ンダ量を増やしたり、骨材粒度を小さくしたりしている
が、透水性が充分でない、あるいは透水性の経時劣化が
激しいなどの問題がある。また、ブロック表面における
Ｃa の炭酸化による白華現象（はな垂れ現象）や、汚れ
の付着しやすさ、洗浄回復のしにくさなど各種の問題が
指摘されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、従来
の透水性ＩＬＢの上述した問題点を解決し、透水性や強
度に優れているばかりか、保水性に優れ、表面の摩耗が
少なく、湿潤時の滑り抵抗も良好で、汚れにくく、洗浄
による回復が容易であるので、特に歩道、公園その他の
広場を舗装するのに好適な透水性セラミックブロックを
提供するにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するために次のような手段を採用する。すなわち、本
発明の透水性セラミックブロックは、鉄鋼スラグを主体
とした骨材を焼結バインダで一体化した透水性セラミッ
クブロックを基材とし、その上に陶磁器質粒子を主体と
した骨材からなる表層を設けてなる積層された透水性セ
ラミックブロックであり、その基材側ブロックを任意の
位置で切断し研磨した断面のうち、該基材側ブロック周
囲のおよそ１０ｍｍ厚の皮相部分を除いた内側の断面に
おいて、任意の５０ｍｍの長さの複数本の直線を引いて
測定したときに、各直線上で確認される、骨材の粒子径
が最大９．５ｍｍを実質的に越えることはなく、かつ、
骨材あるいは焼結バインダと一体化した骨材の実質的個
数が平均１０〜５０個存在し、さらに、該表層が、モー
ス硬度が６以上のプレートであることを特徴とするもの
である。

【０００６】

【発明の実施の形態】本発明の基材の透水性セラミック
ブロックを構成する鉄鋼スラグは、鉄鋼の製錬や精錬時
に大量に生成される溶融スラグを分離、回収後、冷却し
たものであり、高炉スラグ、転炉スラグおよび電気炉ス
ラグを含むものであり、いずれも使用することができ
る。かかる鉄鋼スラグは、天然原料に比べ、安価であ
り、品質が安定しており、大量に消費する土木建築材料
としての骨材としては最適である。また、かかる鉄鋼ス
ラグは、その成分中に多量のＣa Ｏを含有しているた
め、焼成時の急速な収縮を防ぎ、製品間の寸法精度や強
度や透水機能のバラツキを小さくするという優れた機能
を有する。かかる鉄鋼スラグは、高炉スラグと製鋼スラ
グに大別される。製鋼スラグには、転炉スラグや電気炉
スラグがあり、銑鉄からの精錬時の生成物なので鉄分の
含有量が多い。鉄分は焼成時に発泡したり、鉄錆色の発
色をする場合があり、本発明のブロック中で欠陥となり
やすい。そのため、基材となる透水性セラミックブロッ
クを構成する鉄鋼スラグとしては、高炉スラグを用いる
ことが好ましい。

【０００７】さらに、高炉スラグの中には、溶融状態か
らの冷却の方法や程度により、ガラス化率の異なってい
るスラグがある。急冷した場合にはガラス化率の高いス
ラグが生成される。そのようなスラグは、急冷の熱衝撃
により、多くのクラックや気泡が生じ、所望の強度や粒
度の骨材が得られにくい。また、ガラス質は、焼成時に
焼結バインダーや他の添加剤などと極めて反応しやす
く、収縮が大きく寸法精度を劣化させたり、貫通してい
た気孔を閉じ込め、透水機能を落としてしまう。そこで
溶融状態から徐冷して得られたガラス化率の低い結晶質
のスラグを用いることが好ましい。すなわち高炉徐冷ス
ラグがより好ましい。かかる結晶質の高炉徐冷スラグと
は、Ｃa Ｏ含有量から鑑み、Ａｌ₂Ｏ₃、Ｓi Ｏ₂、Ｍ
g Ｏとの間でメリライト系の結晶構造を有するものであ
って、たとえばＸ線回折法により、面間隔２．８５オン
グストロームの位置に強い回折ピークがあり、また回折
角２θ＝１０〜４５゜の回折パターンから、ゲーレナイ
トやアケルマナイトの結晶が確認できるものである。

【０００８】本発明では、基材を構成する透水性セラミ
ックブロック中の骨材あるいは焼結バインダと一体化し
た該骨材および空隙の大きさや個数を次のようにして特
定する。すなわち、該ブロックを任意の位置で切断し研
磨した断面のうち、該ブロック周囲のおよそ１０ｍｍ厚
の皮相部分を除いた内側の断面において、任意の直線を
引き、骨材あるいは焼結バインダと一体化した骨材の輪
郭線によって寸断された線分それぞれの長さを測定し、
その骨材あるいは焼結バインダと一体化した骨材それぞ
れの大きさとする。該ブロック周囲のおよそ１０ｍｍ厚
の皮相部分を除くのは、該ブロックの表面には、意匠性
を高めたり他の機能を付与するために別の材料で構成さ
せることがあるからである。鉄鋼スラグ骨材には粒内に
気孔を有するものもあるが、この粒内の気孔の周囲は、
骨材の輪郭線とは考えない。直線上で断面と同一平面上
で骨材の存在していない部分を空隙と見なす。骨材や空
隙の個数を数える際は、直線に一部でも交わっている骨
材や空隙は１個と数える。直線端部で交わり、交点を両
端に持たない骨材や空隙も１個と数える。もちろん、か
かる測定に際しての該ブロックの切断および研磨は骨材
粒子が脱落しないように慎重に行う必要がある。

【０００９】より正確な測定値を得るために、約４×４
ｃｍ以上の面積の断面３ヶ所以上について、それぞれ５
０ｍｍの直線を２本以上引き、それぞれにおける測定値
の平均をとることが好ましい。さらに、２〜２０倍の倍
率のルーペ、顕微鏡、拡大投影機などを用いることが好
ましい。また、断面上にある骨材と、断面上ではなく空
隙の奥に覗く骨材とを区別するため、断面上の骨材のみ
を着色したり、焦点深度の浅い顕微鏡などにより、断面
上の骨材のみを浮き上がらせて測定してもよい。基材
を構成する透水性セラミックブロック中の骨材あるいは
骨材と焼結バインダが一体化した粒子のどちらかの大き
さで規定しているのは、焼結バインダの種類や焼成条件
などにより、骨材と焼結バインダの境界が不明確になっ
ている場合もあるためであるが、ここでは、骨材単体の
大きさよりも骨材と空隙の配置のバランスが重要と考え
ているので問題はない。かかる骨材あるいは焼結バイン
ダと一体化した骨材の大きさは、最大９．５ｍｍを越え
ると、強度が損なわれるし、ブロック内部で確認される
そのような大きな粒子がブロック表面にも存在してしま
うと製品の欠陥となって表面平滑性や、意匠性が損なわ
れる。

【００１０】５０ｍｍの直線上に存在する、骨材あるい
は焼結バインダと一体化した骨材の個数は、平均１０〜
５０個であることが必要で、１０個より少ないと、骨材
あるいは焼結バインダと一体化した骨材の寸法が大きす
ぎるか、連続する空隙が多くなり、強度の低下につなが
る。５０個より多いと、骨材あるいは焼結バインダと一
体化した骨材の寸法が小さすぎ、微粒子が多いことで、
成形時の充填性を阻害し、焼成後の強度が不充分になり
易く、また、空隙の大きさも小さな部分が増え、透水性
の低下を来すようになる傾向がある。

【００１１】５０ｍｍの直線上に存在する、空隙の個数
は、平均１０〜４７個であることがさらに好ましく、上
記骨材の個数と同様の理由があるが、付け加えるなら
ば、透水機能を充分に発現させるためには、骨材同士が
隣接するよりも骨材同士は部分的な結合のみで大部分は
空隙と隣接している方が好ましい。すなわち、任意の直
線上において、骨材と空隙はほぼ交互に存在している形
に近いほど好ましい。このことは、骨材と空隙の個数が
ほぼ同数に近くなることと等しい。

【００１２】さらに、５０ｍｍの直線上に存在する、骨
材あるいは焼結バインダと一体化した骨材および空隙の
それぞれの個数は、さらに好ましくは平均１０〜２５個
であるのが、強度と透水機能をさらにバランスよく発現
させることができてよい。２５個より多いと、強度と透
水機能のどちらかは、少し損なわれる傾向をしめすよう
になる。

【００１３】また、本発明の基材を構成する透水性セラ
ミックブロックは、灼熱減量が３％以下であるのが好ま
しい。灼熱減量が３％より多いと、焼成不足による未反
応物が存在している証拠であり、つまり強度が不十分で
あり、また、透水性を阻害したり、目詰まりの原因にな
ったりする。灼熱減量は、強熱減量とも呼び、１０５℃
で２４時間乾燥した後、室温まで冷却した製品の重量に
対し、１０００℃３０分間加熱し、冷却後の減量を百分
率で示したものである。

【００１４】また、本発明の基材を構成する透水性セラ
ミックブロックは、空隙率が１０〜４５％、ＪＩＳＡ
１２１８に準拠して求めた透水係数が１×１０^-2cm/sec
以上であるのが好ましい。また、空隙量に対する保水量
は８５〜９７重量％であるのが好ましい。

【００１５】空隙率が１０〜４５％、透水係数が１×１
０^-2以上、空隙量に対する保水量が８５〜９７重量％で
あることは、強度と透水機能と保水機能を同時に満足さ
せるための条件である。保水量は、空隙の量だけでな
く、空隙の大きさにも影響され、空隙が大きすぎると、
水は透過しやすく保水量は小さくなる。空隙が小さすぎ
ると大気圧下での空隙内への吸水量が少なく、やはり保
水量は小さくなる。この場合、空隙量に対する保水量は
高くなる可能性はあるが、透水性を損なってしまう。

【００１６】保水機能を満足している場合、アスファル
ト舗装やコンクリート舗装などとは異なり、路面温度の
著しい上昇を防ぐ効果がある。これは、雨上がりや散水
時に、ブロック内に貯えられた水が徐々に蒸発する作用
を持つからである。また、透水機能と保水機能の両方を
満足することで、雨上がりや散水時に限らず、地盤から
の水分蒸発を促し、やはり、路面温度上昇防止に効果が
期待できる。

【００１７】空隙率は、ブロックから表層を切削、除去
し、さらに約５×５×５ｃｍ角の試験片を切り出し、１
０５℃で２４時間乾燥した後に室温まで冷却し、重量ｗ
（ｇ）と体積Ｖ（ｃｍ³）からかさ密度ρ1 ＝ｗ／Ｖを
求め、これと、同様に処理した、試験片についてアルキ
メデス法で求めた見掛け密度ρ2 から、次式によって求
める。

【００１８】空隙率（％）＝（１−ρ1 ／ρ2 ）×１００保水量は、乾燥したブロックに対し、２４時間水中浸漬
させた後、水が流出しないようにそっと取り出したブロ
ックに重量増をブロック１個当たりの保水量とした。

【００１９】本発明の透水性セラミックブロックの特徴
は、上述特定な鉄鋼スラグ製の透水性セラミックブロッ
クからなる基材の上に、陶磁器質粒子製骨材からなる表
層を設けてなる積層された透水性セラミックブロックで
あるところにある。さらに好ましくは、上記のような鉄
鋼スラグ製透水性セラミックブロックを厚さが２０〜８
０ｍｍの基材とし、陶磁器質粒子を主体とした骨材から
なるプレートを表層とした２層積層構造を成している透
水性セラミックブロックであることが重要であり、その
２層積層構造透水性セラミックブロックにおいて、表層
のモース硬度が６以上であることが必要であり、ＡＳＴ
ＭＥ３０３に準拠して求めた湿潤時における滑り抵抗
値が４０以上であることが好ましい。

【００２０】磁器質粒子を主体とした骨材としたのは、
表面が汚れにくく、しかも水洗などによる洗浄が容易で
あるからである。また、摩耗しにくく、美観の維持や、
たとえ摩耗によって生じた骨材粉が表層表面に存在する
ようになって湿潤時か否かに関わらず滑りやすくなった
としても、これを抑えることができるからである。かか
る傾向は、表層表面のモース硬度が６以上である時に特
に顕著になる。なお、前記表層としては、空隙率が２５
〜４５％で、かつ、基材よりも高い空隙率を有する厚さ
３〜１０ｍｍのプレートを表層とするのが好ましく、そ
の場合、雨水などは積極的に流下させるが土砂などの目
詰まり成分の侵入は抑制できる。

【００２１】さらに、それらの透水性セラミックブロッ
クは、側面形状が台形であると好ましい。台形とするこ
とで施工時における表層の欠けなどを防止でき、また、
ブロック間に適度な幅の目地を形成できるようになる。
もっとも、上底と下底との長さの差は、歩行感や、ハイ
ヒール歩行、車椅子による走行の容易性などを考慮して
３ｍｍ以下と小さくしてある。

【００２２】または、それらの透水性セラミックブロッ
クの、側面に目地幅規制用の突起が設けられていること
が好ましい。その突起の厚みは１〜３ｍｍ程度、高さは
１０〜８０ｍｍ程度である。なお、突起は、ブロックを
敷き詰めたときに隣接するブロックの突起同士が当たら
ない位置に設けておく。

【００２３】上述の透水性ブロックを一実施態様として
図に示すと、図１、図２に示すような形状になる。すな
わち、厚みが３〜１０ｍｍほどの表層１と、基層２との
層状構成を有している。全体厚みは、作用する荷重など
を考慮して４０〜１００ｍｍ程度にしてある。平面形状
は方形で、大きさは、施工の容易性などを考慮して一辺
の長さが１００〜４００ｍｍ程度の正方形か長方形にし
てある。

【００２４】

【実施例】本発明を、さらに実施例により詳細に説明す
る。以下の実施例において、ブロックの曲げ強さは、Ｊ
ＩＳＡ１１０６に、圧縮強さは、ＪＩＳＲ２２０６
に、それぞれ準拠して求めた。

【００２５】実施例１高炉徐冷スラグを、破砕、分級し、骨材とした。粒径
は、最大寸法５ｍｍであり、５〜２．３６ｍｍの範囲の
粒子が４２重量％、２．３６〜１．１８ｍｍの範囲の粒
子が３７重量％、１．１８〜０．４２５ｍｍの範囲の粒
子が１８重量％、０．４２５〜０ｍｍの範囲の粒子が３
重量％の粒度分布を持っていた。

【００２６】これに、糊剤として水ガラス３号を骨材１
００重量部に対して１０重量部になるように添加混合
し、得られた混合物にバインダとして板ガラス廃材の粉
末（最大寸法０．３ｍｍ）を添加、混合し基層材料を得
た。

【００２７】一方、磁器タイル廃材の破砕片（最大寸
法：１．７ｍｍ、０．４２５〜０ｍｍの範囲６重量％）
を骨材とし、これに酸化鉄系顔料を骨材１００重量部に
対して２重量部になるように添加、混合し、さらに、糊
剤として水ガラス３号を骨材１００重量部に対して８重
量部になるように添加混合し、得られた混合物にバイン
ダとして板ガラス廃材の粉末（最大寸法０．３ｍｍ）を
添加、混合し表層材料を得た。

【００２８】次に、上記基層材料を厚みが５５ｍｍにな
るように型に入れ、振動プレスを用いて１kgf/cm²の圧
力で一次成形した後、その上に、上記表層材料を厚みが
１５ｍｍになるように入れ、再び１kgf/cm²の圧力で加
圧して成形した。

【００２９】次に、成形体に炭酸ガスを作用させて糊剤
である水ガラス３号を一次硬化させた後、トンネルキル
ンを用い、１１８０℃で４８時間焼成し、大きさが１０
０×２００ｍｍ，表層の厚みが１２ｍｍ、基層の厚みが
４８ｍｍ、全体の厚みが６０ｍｍのブロックを得た。

【００３０】このようにして得たブロックについて、特
性を評価したところ、以下の通りであった。

【００３１】ブロックを任意の位置で切断し研磨した断
面のうち、ブロック周囲のおよそ１０ｍｍ厚の皮相部分
を除いた内側の断面において、任意の直線を引き、焼結
バインダで包まれた骨材の輪郭線によって寸断された線
分の長さを、それぞれ測り、これを３本の直線について
行い、さらに断面３ヶ所について繰り返した。その時の
最大寸法は５．３ｍｍであった。分級した最初の原料骨
材の最大粒径よりも大きいのは、細長い粒子では、分級
（ふるい）時には、粒子の幅（短径）が効くのに対し
て、断面上では直線が粒子の長径付近を横切る場合があ
るのと、骨材が焼結バインダで包まれているためであ
る。５０ｍｍの長さの直線上に存在する、焼結バインダ
で包まれた骨材および空隙のそれぞれの個数を求めた。
これも１つの断面について３本の直線について行い、こ
れを３ヶ所の断面について繰り返し、その２２．５個の
数値の平均をとった。焼結バインダで包まれた骨材は、
平均１８．２５個存在し、空隙は、平均１６．７５個存
在していた。

【００３２】蛍光Ｘ線分析の結果、Ｃa Ｏ含有量が４２
重量％であった。

【００３３】Ｘ線回折法によりゲーレナイトやアケルマ
ナイトの結晶の強い回折パターンが確認できた。

【００３４】灼熱減量は０．３％、空隙率が３２％、透
水係数が１．５×１０^-1cm/sec、空隙量に対する保水量
が９３％であった。

【００３５】表層のモース硬度は６であった。

【００３６】湿潤時における滑り抵抗値が５２であっ
た。

【００３７】曲げ強度は、５８kgf/cm²、圧縮強さは、
２０５kgf/cm²であった。

【００３８】

【発明の効果】本発明の透水性ブロックは、透水性や強
度に優れていると同時に、保水性が高く、また、表面の
摩耗が少なく、湿潤時の滑り抵抗も良好で、汚れにく
く、洗浄による回復が容易である。

【図面の簡単な説明】

【図１】この図は、本発明の一実施態様にかかる透水性
ブロックの概略平面図である。

【図２】この図は、本発明の一実施態様にかかる透水性
ブロックの概略側面図である。

【符号の説明】

１：表層２：基層３：目地幅規制用の突起

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C04B 38/00 - 38/10

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】鉄鋼スラグを主体とした骨材を焼結バイン
ダで一体化した透水性セラミックブロックを基材とし、
その上に陶磁器質粒子を主体とした骨材からなる表層を
設けてなる積層された透水性セラミックブロックであ
り、その基材側ブロックを任意の位置で切断し研磨した
断面のうち、該基材側ブロック周囲のおよそ１０ｍｍ厚
の皮相部分を除いた内側の断面において、任意の５０ｍ
ｍの長さの複数本の直線を引いて測定したときに、各直
線上で確認される、骨材の粒子径が最大９．５ｍｍを実
質的に越えることはなく、かつ、骨材あるいは焼結バイ
ンダと一体化した骨材の実質的個数が平均１０〜５０個
存在し、さらに、該表層が、モース硬度が６以上のプレ
ートであることを特徴とする透水性セラミックブロッ
ク。
【請求項２】該任意の５０ｍｍの長さの直線を引いて測
定する方法が、該任意の直線によって、骨材あるいは焼
結バインダと一体化した骨材の輪郭線によって寸断され
た線分それぞれの長さを、その骨材あるいは焼結バイン
ダと一体化した骨材それぞれの大きさとして、骨材粒子
径を測定し、また、該５０ｍｍの長さの直線上におい
て、骨材あるいは焼結バインダと一体化した骨材の輪郭
線と直線との交点を数え、これから５０ｍｍの直線上に
存在する、骨材あるいは焼結バインダと一体化した骨材
の実質的個数を求める方法である請求項１記載の透水性
セラミックブロック。
【請求項３】請求項１または２において、５０ｍｍの直
線上で骨材あるいは焼結バインダと一体化した骨材の存
在していない部分を空隙とした時、該空隙の個数が、平
均１０〜４７個存在していることを特徴とする透水性セ
ラミックブロック。
【請求項４】請求項１、２または３において、５０ｍｍ
の直線上に存在する、骨材あるいは焼結バインダと一体
化した骨材および空隙のそれぞれの個数が、平均１０〜
２５個である透水性セラミックブロック。
【請求項５】該鉄鋼スラグが、高炉スラグである請求項
１〜４のいずれかに記載の透水性セラミックブロック。
【請求項６】該高炉スラグが、高炉徐冷スラグである請
求項５記載の透水性セラミックブロック。
【請求項７】該基材側ブロックの灼熱減量が３％以下で
ある請求項１〜６のいずれかに記載の透水性セラミック
ブロック。
【請求項８】該基材側ブロックの空隙率が１０〜４５％
であり、かつ、ＪＩＳＡ１２１８に準拠して求めた透水
係数が１×１０^-2cm/sec以上である請求項１〜７のいず
れかに記載の透水性セラミックブロック。
【請求項９】該基材側ブロックの保水量が８５〜９７重
量％である請求項１〜８のいずれかに記載の透水性セラ
ミックブロック。
【請求項１０】該表層が、空隙率が２５〜４５％で、か
つ、基材よりも高い空隙率を有するものである請求項１
〜９のいずれかに記載の透水性セラミックブロック。
【請求項１１】該表層のＡＳＴＭＥ３０３に準拠して
求めた湿潤時における滑り抵抗値が４０以上である請求
項１〜１０のいずれかに記載の透水性セラミックブロッ
ク。
【請求項１２】側面形状が台形である請求項１〜１１の
いずれかに記載の透水性セラミックブロック。
【請求項１３】側面に目地幅規制用の突起が設けられて
いる請求項１〜１２のいずれかに記載の透水性セラミッ
クブロック。